Das Vorhabenziel ist die Entwicklung, Implementierung und Optimierung eines intelligenten Energiemanagementsystems und eine Validierung an der Kläranlage Bad Wörishofen. Dabei wird eine generische Systemarchitektur geschaffen, die Entscheidungsunterstützung durch Simulationen und mathematische Optimierung bietet, welche sich leicht auf andere Kläranlagen übertragen lassen soll. Hierzu werden die Systemmodule definiert und der Datenfluss festgelegt, um Kläranlagenbetreiber bei Entscheidungen im Anlagen- und Energiemanagement zu unterstützen. Technische und regulatorische Anforderungen werden berücksichtigt, ebenso wie Aspekte der Cyber-Sicherheit. Für die Integration in die Betriebsprozesse werden Datenformate und Schnittstellen definiert und die Anbindung an das Prozessleitsystem vorbereitet. Ein benutzerfreundliches Bedienkonzept erhöht die Akzeptanz. Im Rahmen der technischen Umsetzung wird ein Optimierungsverfahren für intelligentes Lastmanagement entwickelt, das den Energieverbrauch durch zeitliche Glättung von Spitzenlasten optimiert. Hierbei werden prognostizierter Verbrauch, Energieerzeugung und variable Stromtarife einbezogen, um die Eigenenergieerzeugung zu maximieren und Stromkosten zu reduzieren. Flexible Prozesse wie der Betrieb von Zentrifugen werden integriert, um die Energieeffizienz weiter zu steigern. Externe Datenquellen, etwa Wetter-, Prozess- und Kanalnetz-Daten, werden über einheitliche Schnittstellen angebunden und für Prognosen nutzbar gemacht. Im Testbetrieb wird das iEEMS an die spezifischen Bedingungen der Kläranlage angepasst und unter realen Betriebsbedingungen evaluiert. Handlungsempfehlungen werden durch Fachkräfte geprüft und umgesetzt. Die Mensch-Technik-Interaktion sowie die in vorherigen Arbeitspaketen definierten Leistungskennzahlen (KPIs) werden bewertet, um das System weiter zu optimieren. Der ganzheitliche Ansatz ermöglicht eine nachhaltige Steigerung der Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit der Kläranlage
About 40% of final energy consumption in Germany will take place in and around buildings. Heating, cooling, hot water and the operation of electric devices are doing the most important areas - in the future probably also increasingly electric vehicles. The Open Gateway Energy Management Alliance (OGEMA) is an open software platform for energy management in this area. This connects energy consumers and producers to the customer with control centers of energy supply and binds a display for user interaction to. Thus, end-users should be able to automatically observe the future variable price of electricity and energy consumption to times. All participating developers to turn their ideas for automated energy can be used more efficiently to implement in appropriate software.
Wünsch: Bei anderen Fachministerkonferenzen gibt es schon lange festgefügte Strukturen, Abläufe und Verfahren. Da dies aber die erste Energieministerkonferenz überhaupt war, hatten wir 2023 in Sachsen-Anhalt die Möglichkeit zu gestalten. Und das hat sehr viel Spaß gemacht. Mit welchen Schwerpunkten gehen wir in unser Konferenzjahr? Wo und wie oft wollen wir uns treffen? Wie organisieren wir die Konferenz? Wie wollen wir die Kolleginnen und Kollegen einbinden? Und auch: Wie hebt sich das von den Energieministertreffen ab, die es in den Jahren davor gegeben hat? Mit unserer Umsetzung dieser ersten Energieministerkonferenz konnten wir auch eine eigene Struktur für die folgenden Jahre entwerfen und umsetzen. 2024 übernimmt Schleswig-Holstein den Vorsitz. Vorausschauend hat ein Team aus dem Norden unsere Kolleginnen und Kollegen über das Jahr bei den Veranstaltungen begleitet, um sich anzuschauen, wie wir das organisieren und was alles zu beachten ist. Wünsch: Die Energieministerkonferenz ist insgesamt sehr aufwändig, weil wir im Ablauf mit 16 Ländern gemeinsam um Formulierungen ringen, die dann in politisches Handeln umgesetzt werden sollen. Im Regelfall folgt dann mindestens eine Adressierung an den Bund. Das Verfahren dafür ist, dass man sich politisch einigt, einen entsprechenden Beschlussvorschlag formuliert und mit einer Forderung an den Bund herantritt, wie wir zum Beispiel in diesem Jahr nach einem Industriestrompreis. Wenn alle 16 Länder so etwas gemeinsam vertreten, hat das ja ein enormes Gewicht. Die Amtschefkonferenz bereitet die jeweilige Energieministerkonferenz vor. Unsere Aufgabe ist es, die Beschlüsse und Themen zunächst in Ländervorbesprechungen und danach in großen Länderrunden miteinander zu diskutieren, die Tagesordnung zu straffen und bestimmte Tagesordnungspunkte schon endgültig zu besprechen. Den Ministerinnen und Ministern wird dann eine Liste mit zwei Blöcken vorgelegt. Zum einen mit Punkten, die von uns unter den Ländern bereits einvernehmlich besprochen wurden, die so genannte grüne Liste. Zum anderen mit Beschlussvorschlägen, bei denen es noch unterschiedliche Positionen gibt, die es in der Diskussion unter den Ministerinnen und Ministern aufzulösen gilt. Wünsch: Wir haben uns in Sachsen-Anhalt entschieden, als Staatssekretäre nicht schon Wochen vorher zu beraten, wie beispielsweise in der Wirtschaftsministerkonferenz üblich, sondern unmittelbar einen Tag davor. Dieses Modell haben wir bewusst gewählt, weil sonst tagespolitisch zwischenzeitlich immer noch etwas passieren könnte, das die Überarbeitung unserer Beschlussvorschläge aus wichtigen Gründen erforderlich macht. Das hat sich aus meiner Sicht auch bewährt. Wünsch: Gerade im Themenbereich Energie müssen wir häufig mit hochkomplexen Sachverhalten umgehen. Wir haben Vorgaben der Europäischen Union, Bundesregeln und manchmal auch Länderregularien zu beachten, die untereinander abgeglichen werden müssen. Ein gutes Beispiel dafür ist die Reform der Netzentgelte. Im Strompreis für Privatverbraucher und Unternehmen steckt für jede Kilowattstunde auch ein Anteil für unsere Stromnetze, je nachdem, wie sich die Kosten über die Jahre entwickeln. Dabei müssen wir nicht nur rechtliche Vorgaben beachten, sondern brauchen auch Kalkulationen. Denn regional haben wir eine unterschiedliche Struktur der Netzentgelte. Es gibt Bundesländer, die viel erneuerbare Energie haben und somit höhere Netzentgelte zahlen, weil die Aufwendungen für die Anbindung von Windrädern und Photovoltaik-Anlagen größer sind. Auch die Übertragungsnetze sind aufwändiger. Hier bundesweit einen Ausgleich zu schaffen, ist eine hochkomplexe Aufgabe. Daher ist es wichtig, dass wirklich alle Akteure mitmachen. Bei den Beschlussvorschlägen sitzt in der ACK daher auch der Bund mit am Tisch, meistens über die Abteilungsleitung. Alle 16 Bundesländer sowie die Bundesnetzagentur diskutieren mit und jedes Land hat noch je eigene Vorstellungen, die sie einbringen wollen. Das macht das Verfahren komplex, am Ende zu einer gemeinsamen Erklärung oder Forderung der Länder zu kommen. Wünsch: Als Vorsitzland muss man einerseits den inhaltlichen Rahmen vordenken und andererseits den gesamten formalen organisatorischen Rahmen abbilden, von der Geschäftsordnung über das Einladungsprozedere, die Definition der Veranstaltungen und die Festlegung von Orten bis hin zu den Sonderkonferenzen. Das ist herausfordernd. Ich musste also unter anderem eine Geschäftsstelle mit Kollegen und Kollegen einrichten sowie Haushaltsmittel für das Vorsitzjahr organisieren. Und in meiner Funktion sind wesentliche Abstimmungen notwendig. Ich habe also sehr viel telefoniert, beispielsweise mit dem Koordinator der grün-geführten Energieministerien und mit dem Bund. Ich musste die politische Linie mit meinem Minister abstimmen und dafür Sorge tragen, dass die Beschlüsse pünktlich vorliegen. Da ich in meiner beruflichen Vita schon zweimal das Vergnügen hatte, für Sachsen-Anhalt als Vorsitzland tätig zu sein, einmal für eine Justizministerkonferenz und einmal für eine Konferenz der Gleichstellungsministerinnen und -minister, konnte ich auf einen gewissen Erfahrungsschatz zurückgreifen. Aber es ist ein erheblicher organisatorischer und inhaltlicher Aufwand, der einen über das ganze Jahr begleitet. Umsetzbar sind derart große Veranstaltungen natürlich nicht im Alleingang; das geht nur mit einem guten Team, das auch im Jahr der Energieministerkonferenz ganz herausragend gearbeitet hat. Wünsch: Die neu eingerichtete Ministerkonferenz hat nicht nur für Jubel gesorgt. Insbesondere innerhalb der Wirtschaftsministerkonferenz gab es einige Irritationen, dass das Thema Energie von der Wirtschaft abgekoppelt worden ist und wir eine eigene Ministerkonferenz eingerichtet haben. Ich möchte aber unterstreichen, dass dieser Schritt wichtig war. Nicht nur wegen der Energiekrise, die wir zu bewältigen hatten. Der Strukturwandel, der komplette Umbau der Energieversorgung hin zu einer CO2-neutralen Wirtschaft und Energieversorgung − dafür ist eine eigene Länderkonferenz notwendig. Ich glaube, diese erste Energieministerkonferenz 2023 in Sachsen-Anhalt hat deutlich gezeigt, dass sie trotz der Querschnittsthemen zu Wirtschaft oder Umwelt als eigenständige Konferenz wichtig ist.
<p>Neue Geräte nutzen Strom effizienter. Der Stromverbrauch aller Haushalte sank 2023 gegenüber 2008 um 6,5 %. Vor allem durch die Standards der Energieeffizienz, festgelegt in der Ökodesign-Richtlinie, konnte eine Trendwende eingeleitet werden. Dabei helfen EU-Energielabel und der „Blaue Engel“ den Verbraucherinnen und Verbrauchern, effiziente Geräte zu erkennen.</p><p>Stromverbrauch der Haushalte</p><p>Der Stromverbrauch der Haushalte in Deutschland betrug im Jahr 2023 rund 130,4 Milliarden Kilowattstunden oder 130,4 Terawattstunden. Dies entspricht 28,7 % des gesamten Stromverbrauchs. Allerdings ist der Verbrauch seit 2008 trotz Effizienzsteigerung der Geräte auf etwa konstantem Niveau, was auf eine steigende Gerätezahl und -größe, aber auch auf eine <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/haushalte-verbrauchen-immer-mehr-energie-politik">steigende Pro-Kopf-Wohnfläche</a> und eine gestiegene Bevölkerungszahl zurückgeführt wird.</p><p>Große Geräte wie Kühl- und Gefriergeräte, Geschirrspül- und Waschmaschinen machen nach wie vor einen sehr hohen Anteil aus, wie auch der Stromverbrauch für Raumwärme und Warmwasser (siehe Abb. „Stromverbrauch der Haushalte nach Anwendungsbereichen im Jahr 2023“).</p><p>Effizientere Produkte</p><p>Viele große Haushaltsgeräte sind im Vergleich zu den 90-er Jahren deutlich effizienter. So verbrauchten Geschirrspülmaschinen im Jahr 1990 im Schnitt 490 Kilowattstunden (kWh) pro Jahr. Die <a href="https://eprel.ec.europa.eu/screen/product/dishwashers2019">effizientesten neuen Geräte</a> liegen bei einem Stromverbrauch von unter 135 kWh pro Jahr. Für einige Produktgruppen bestehen dabei besonders große Unterschiede. So benötigen bei den Wäschetrocknern Spitzengeräte der Energieeffizienzklasse "A+++" weniger als 30 % der Energie von Geräten der schlechtesten verfügbaren Klasse "C". Geräte mit einer Kapazität von 7 kg weisen in der Klasse C einen jährlichen Energieverbrauch von 526 kWh auf, während es für dieselbe Gerätegröße auch A+++ Modelle mit einem Verbrauch von nur 138 kWh pro Jahr gibt. Mit dem Kauf des effizienteren Gerätes kann man bei einem <a href="https://www.bundesnetzagentur.de/DE/Vportal/Energie/PreiseAbschlaege/Tarife-table.html#FAQ330384">Strompreis</a> von 37,14 ct/kWh pro Jahr über 140 € Stromkosten sparen.</p><p>Die Abbildung „Entwicklung des Stromverbrauchs der Haushalte nach Anwendungsbereichen“ zeigen die Effizienzverbesserung der einzelnen Anwendungsbereiche über den Zeitraum von 2008 bis 2023. Dabei ist zu berücksichtigen, dass in den Daten auch Änderungen im Gerätebestand enthalten sind.</p><p>Maßnahmen der Politik: Ökodesign</p><p>Maßgeblich zu der oben beschriebenen Entwicklung haben die unter der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/wirtschaft-konsum/produkte/oekodesign/oekodesign-richtlinie#textpart-2">Ökodesign-Richtlinie</a> erlassenen Effizienzanforderungen beigetragen. Bis Anfang 2022 hatte die Europäische Union knapp 30 solcher Verordnungen verabschiedet, die die Effizienz der betroffenen strombetriebenen Produkte erhöhen. Einige Beispiele:</p><p>Das EU-Energielabel</p><p>Verbraucherinnen und Verbraucher können das <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/energiesparen/energieverbrauchskennzeichnung">EU-Energielabel</a> bzw. die Energieverbrauchskennzeichnung als eine Orientierungshilfe beim Einkauf nutzen. Die Europäische Union (EU) hat diese Kennzeichnung des Energieverbrauchs in den 90-er Jahren eingeführt und immer wieder um neue Produktgruppen erweitert. Die Kennzeichnung informiert über den Energieverbrauch der Produkte anhand der Energieeffizienzklassen je nach Produktgruppe derzeit von A+++ bis G. Die EU erhofft sich, dass aufgrund des Labels keine neuen Energiefresser mehr in die Haushalte kommen. Mit der Revision der Richtlinie zur Energieverbrauchskennzeichnung ist eine Rückführung der Skala auf die Effizienzklassen A bis G vorgesehen. Der Umsetzungszeitraum ist produktabhängig, die ersten Produkte wurden 2021 wieder in einer A bis G Skala gekennzeichnet.</p><p>Diese Verbrauchskennzeichnung wird regelmäßig erneuert. Anfang 2020 gibt es sie für 17 Produktgruppen:</p><p>Auch der Blaue Engel hilft</p><p>Eine Entscheidungshilfe beim Kauf elektrischer und elektronischer Geräte bietet auch der Blaue Engel. Er zeichnet Produkte aus, die nach umfassender und lebenswegbezogener Betrachtung besonders umweltfreundlich und effizient sind und zugleich hohe Ansprüche an den Gesundheits- und Arbeitsschutz sowie die Gebrauchstauglichkeit erfüllen. Mit dem <a href="https://www.blauer-engel.de/de">Blauen Engel</a> sind auch besonders energiesparende und klimafreundliche Produkte gekennzeichnet, um Verbraucherinnen und Verbrauchern auch hier eine <a href="http://www.oekotop100.de/">gute Orientierung beim Kauf</a> zu liefern.</p>
Eine oekologische Energiepolitik ist nur bei einer weitgehenden Autonomie der Kommunen moeglich. Das ist die Hauptthese der Folgestudie der 1980 erschienenen 'Energiewende' des Oeko-Instituts. Wurde damals nachgewiesen, dass sich bis ins Jahr 2030 etwa 50 Prozent der Energie (1980) einsparen laesst, so zeigt die neue Studie, wie dies zu erreichen ist: Strom- sowie Waermeproduktion muessen dezentralisiert werden. Die Aufsicht ueber die Energiewirtschaft, das Energierecht und die Tarifgestaltung beduerfen einer Aenderung.
Die Stromerzeuger bieten an der Strombörse einen Erzeugungspreis an, der die variablen Kosten des Kraftwerksbetriebs widerspiegelt. Anhand dieser Grenzkosten wird nach dem Merit-Order Prinzip schließlich der Strompreis ermittelt. Es ist jedoch zu hinterfragen, ob das Bieten nach Grenzkosten heute wie auch in einem zukünftig deutlich heterogener aufgestellten Kraftwerksportfolio, das an der Börse Handel treibt, weiterhin Bestand hat. So verändert die aktuelle Situation an den Energiemärkten durch die unvorhergesehenen starken Preisanstiege der Rohstoffe das gewohnte Handelsbild, denn bei einem gleichgebliebenen Kraftwerkspark sind die Beschaffungskosten bspw. für Gaskraftwerke überproportional gestiegen. Auch der europaweite Ausbau der erneuerbaren Energien kann Einfluss auf das Bietverhalten der Marktteilnehmer haben. Da die Grenzkosten der erneuerbaren Energien Anlagen nahezu null sind, kann deren zunehmender Handel an den Märkten zu großen Differenzen zwischen den Grenzkosten der bietenden Kraftwerke führen. Gleichzeitig können besonders die zu erwartenden Volatilitäten bei der Erzeugung aus erneuerbaren Energien zu sehr geringen Strompreisen führen und damit Refinanzierungen erschweren. Zusätzlich verbindet die europäische Marktkopplung unterschiedliche Erzeugungsparks miteinander und verändert damit ebenfalls die bestehenden Märkte und deren Handelseigenschaften. So kann es finanziell attraktiv erscheinen, einen Aufschlag auf die Grenzkosten oder eine strategisch platzierte Stromnachfrage zu nutzen. Im Rahmen des Vorhabens sollen daher die an der EPEX SPOT vorhandenen Gebotsdaten in den Preiskurven auf strategische Muster hin analysiert werden. Gefundene Strategien werden in einem zweiten Schritt in die Zukunft getestet. Dazu wird deren Einfluss auf den Strompreis und Investitionen in flexible Erzeugungstechnologien in Deutschland unter Berücksichtigung der in Zukunft stark unterschiedlichen nationalen Stromerzeugungssysteme in Europa untersucht.
Abweichend von konventionellen Standardverfahren zur Regelung von Wärmeerzeuger sollen in dem Projekt eine Vielzahl von internen und externen Eingangsgrößen zur Regelung verwendet werden. Hierbei handelt es sich unter anderem um Wetterdaten, Strompreise, Stromerzeugung und Korrelationsgrößen für die Belegung. In die Entscheidungsfindung zur Regelung fließen nicht nur aktuelle Zustandsgrößen ein, sondern auch zukünftige Werte. Es erfolgt somit eine prädiktive und vorausschauende Regelung anstelle einer reaktiven Standardregelung. Für solch eine Optimierungsaufgabe mit einer Vielzahl an Eingangsgrößen und einem längeren Betrachtungshorizont eigenen sich Methoden des maschinellen Lernens wie z.B. dem Reinforcement Learning. Der Vorteil dieser Methode ist eine bedarfsgenaue und wirtschaftliche Wärmebereitstellung. Mit Hilfe von Simulationsmodellen kann eine Vielzahl von Szenarien nachgebildet und als Trainingsdaten verwendet werden. Ziel des Forschungsprojektes ist es, die Optimierung von sektorübergreifenden Energiesystemen zu automatisieren und mit Hilfe von maschinellem Lernen und Metadaten die Anlagenparameter kontinuierlich anzupassen. Durch Transfer Learning können Messdaten anderer Gebäude als Trainingsdaten verwendet werden. Der Heizenergiebedarf wird mit Hilfe von neuronalen Netzen prognostiziert. Die entwickelten Prognose- und Regelungsmodelle werden in Kombination mit der Kommunikationsschnittstelle bei mehreren Gebäuden angewendet. Hierdurch sollen Generalisierungsmöglichkeiten gefunden werden, durch die das Trainieren bei neuen Gebäuden schneller erfolgen kann. Das Alleinstellungsmerkmal der Projektidee ist die Symbiose der Algorithmenentwicklung und ihre unmittelbare Validierung im Praxiskontext. Der Arbeitsschwerpunkt für Green Fusion liegt hierbei in der Entwicklung einer modularen Simulationsbibliothek des Energiesystems im Gebäude sowie der Anbindung der Objekte an die Kommunikationsschnittstelle durch die Cloud.
Abweichend von konventionellen Standardverfahren zur Regelung von Wärmeerzeuger sollen in dem Projekt eine Vielzahl von internen und externen Eingangsgrößen zur Regelung verwendet werden. Hierbei handelt es sich unter anderem um Wetterdaten, Strompreise, Stromerzeugung und Korrelationsgrößen für die Belegung. In die Entscheidungsfindung zur Regelung fließen nicht nur aktuelle Zustandsgrößen ein, sondern auch zukünftige Werte. Es erfolgt somit eine prädiktive und vorausschauende Regelung anstelle einer reaktiven Standardregelung. Für solch eine Optimierungsaufgabe mit einer Vielzahl an Eingangsgrößen und einem längeren Betrachtungshorizont eigenen sich Methoden des maschinellen Lernens wie z.B. dem Reinforcement Learning. Der Vorteil dieser Methode ist eine bedarfsgenaue und wirtschaftliche Wärmebereitstellung. Mit Hilfe von Simulationsmodellen kann eine Vielzahl von Szenarien nachgebildet und als Trainingsdaten verwendet werden. Ziel des Forschungsprojektes ist es, die Optimierung von sektorübergreifenden Energiesystemen zu automatisieren und mit Hilfe von maschinellem Lernen und Metadaten die Anlagenparameter kontinuierlich anzupassen. Durch Transfer Learning können Messdaten anderer Gebäude als Trainingsdaten verwendet werden. Der Heizenergiebedarf wird mit Hilfe von neuronalen Netzen prognostiziert. Die entwickelten Prognose- und Regelungsmodelle werden in Kombination mit der Kommunikationsschnittstelle bei mehreren Gebäuden angewendet. Hierdurch sollen Generalisierungsmöglichkeiten gefunden werden, durch die das Trainieren bei neuen Gebäuden schneller erfolgen kann. Das Alleinstellungsmerkmal der Projektidee ist die Symbiose der Algorithmenentwicklung und ihre unmittelbare Validierung im Praxiskontext. Der Arbeitsschwerpunkt für Green Fusion liegt hierbei in der Entwicklung einer modularen Simulationsbibliothek des Energiesystems im Gebäude sowie der Anbindung der Objekte an die Kommunikationsschnittstelle durch die Cloud.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 370 |
| Europa | 11 |
| Land | 24 |
| Weitere | 17 |
| Wirtschaft | 3 |
| Wissenschaft | 71 |
| Zivilgesellschaft | 11 |
| Type | Count |
|---|---|
| Ereignis | 4 |
| Förderprogramm | 326 |
| Gesetzestext | 1 |
| Text | 49 |
| Umweltprüfung | 2 |
| unbekannt | 21 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 68 |
| Offen | 334 |
| Unbekannt | 1 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 382 |
| Englisch | 73 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 1 |
| Datei | 5 |
| Dokument | 32 |
| Keine | 227 |
| Webseite | 168 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 195 |
| Lebewesen und Lebensräume | 277 |
| Luft | 177 |
| Mensch und Umwelt | 403 |
| Wasser | 100 |
| Weitere | 395 |